紙尿褲可再生材料的發展探索

Andrian Wilson

紙尿褲可再生材料的發展探索

Renewable Materials Used in Diapers

Andrian Wilson

隨著環境保護和可持續發展重要性的逐漸增加，尋找石油基化學品的替代物已成為了迫切的任務。生物燃料和生物塑料的應用初期市場正在發展中，廢棄物和工業副產品的利用也在進行中。例如，德國的Bayer公司正致力于將二氧化碳用作新的塑料原料，并將其商業化。

圖1 可口可樂公司的環保瓶

比較有影響力的成功案例是可口可樂公司使用BioPET30為原料的PlantBottle（環保瓶）。生產塑料瓶用的聚酯纖維一般是由PTA和MEG合成的聚合物，可口可樂公司成功地用生物基材料替代了合成MEG。它從巴西（Braskem公司）購買生物基乙醇原料，通過反應器等設備來生產生物聚酯（BioPET）。起初可口可樂公司只是在其單個市場推廣這種環保塑料瓶，逐漸發展為在其大部分主要的市場推廣，并且使用范圍還在擴大。可口可樂還與多家跨國公司合作，包括耐克、福特和寶潔等，以迅速擴大BioPET30的使用。

生物聚合物用量在未來將不斷增加，目前全世界每年消費聚合物2.3億t，生物聚合物將可能取代90%的在用聚合物，約2.07億t。

紙尿褲市場的可再生原料

寶潔對可再生資源的定義是：可再生資源是經自然過程產生的，其生產速度與消耗速度相當。原材料來自像生物質和農作物那樣的傳統資源，也有針對從發酵等生物過程中獲取原材料的研究。除了來源的可再生性之外，這些材料還必須是可持續的，也就是說它們的產生不會破壞重要的生態系統，減少瀕危動植物棲息地，或對環境和人類社會產生其他不利影響。

2010年9月寶潔發布的可持續發展遠景規劃中就提到，到2020年，其25%的產品將采用可再生或可循環的資源生產，長遠計劃是這一比例將達到100%。寶潔公司生產多種不同品牌產品，有些產品采用可再生或可循環的資源并不困難，但是像幫寶適紙尿褲這種組成較復雜的產品該如何實現這一目標呢？

根據Transparency市場機構的調查，2011年全球嬰兒紙尿褲市場規模為356億美元，到2017年將增長46.6%到522億美元，年復合增長率為6.6%。但是由于原輔材料的分揀和收集困難，廢棄紙尿褲的處理也成為日益突出的問題。廢棄時的產品由于吸收了尿液，重量可以達到其干重時的5倍。

歐洲非織造布協會（EDANA）2011年對發達國家市場銷售的嬰兒紙尿褲組成部分質量百分比的分析結果如表1所示：

表1 嬰兒紙尿褲各組成部分質量占比

如果按照各成分的價值計算，所占的比例將會有很大的不同：

表2 嬰兒紙尿褲各組成部分價值比例

這些組成成分采用可再生原料有什么樣的可能呢？

1. SAP

SAP是紙尿褲非常重要的原材料，可再生SAP材料的研究正在進行中：

● 巴斯夫是全球最大的丙烯酸和SAP生產商，其與美國動物營養品及農產品制造商Cargill公司和丹麥生物技術公司Novozymes公司合作開發的生物基3-羥基丙酸（3-HP）具有里程碑的意義，3-HP是生產生物基丙烯酸和SAP的重要原料。3家公司于2012年簽署合作協議，并進行了相關的試驗。生物丙烯酸工藝的研發獲得了重大的進展，2013年完成了3-HP試生產，2014年9月成功地將3-HP轉換成冰晶級丙烯酸和SAP。但在2015年，巴斯夫決定退出研發生物基3-HP以及丙烯酸的合作，Cargill公司和Novozymes公司將繼續在這一方向的研究。

● OPX生物技術公司與陶氏化學和贏創公司合作開發生物丙烯酸，其研發的EDGE技術平臺應用靈活，能使微生物的遺傳密碼得以重新排列，生產出不同的產品。

●Archer Daniels Midland和CIC Holdings公司合資成立了Chemcel公司，并在斯里蘭卡建立新的加工廠，于2014年開始生產生物基的SAP。公司擁有使用改性淀粉生產高性能SAP的專利技術，物理性能與石油基SAP相似，所以無需改變最終產品的生產工藝。

2. 彈性材料

新型彈性材料的廣泛使用同樣也受到重視，彈性材料約占嬰兒紙尿褲成本的6%，到2017年其市場規模可達30億美元。1,4-丁二醇（BDO）是生產四氫呋喃（THF）的原材料，而后者被用于生產彈性纖維和其他功能性聚合物。

● 2013年年初，巴斯夫宣布用可再生原料生產BDO。生產過程使用的是美國吉諾瑪蒂卡（Genomatica）公司的專利發酵技術，該技術使用甘蔗提取的葡萄糖作為可再生原材料，用可再生原材料生產的產品質量與用石油生產的產品質量相當。巴斯夫打算有選擇地使用可再生原材料生產BDO衍生物，其中包括聚四氫呋喃。巴斯夫于2013年11月完成了用可再生原材料制得BDO的商業化生產，客戶現在可以使用這些產品進行測試或是商業用途。

●美國BioAmber公司獲得了杜邦公司的獨家授權技術，能夠用生物基琥珀酸生產BDO。該公司還與贏創合作優化杜邦公司的生產工藝，進一步提高產品的性能和經濟性。BioAmber將在北美建造10萬t/a的生物基BDO工廠，該工廠計劃于2017年試車。

● 杜邦公司是化學品行業的領先企業，公司確信未來15年里可以用生物基原料替代其目前50%以上的塑料原料。杜邦公司強調可再生聚合物必須比石油基原料便宜才能引起OEM制造商的興趣，OEM制造商不會為可再生化學品支付更多的費用，這也阻礙了生物基聚合物的開發進程。

3. 非織造布

在全球所產的各類纖維中，棉纖維仍占31%。其余的可再生型纖維制品還有：

●蘭精公司生產的Tencel天絲纖維是比較先進的纖維素纖維，其TencelWeb項目已經取得了很大的進展，通過紡熔工藝可把天絲以液態形式直接加工成非織造布。

● 美國Nature Works公司使用可再生的植物資源為原料制造Ingeo聚乳酸纖維，可用于熔噴和紡粘非織造布的生產，這種非織造布的生產商包括Ahlstrom、Biax-Fiberfilm、Fitesa、Sandler、US Pacifix和溫州昌隆公司。該纖維拓寬了聚合物的種類，加工過程中收縮率明顯減少。

●Fitesa公司使用雙組份纖維制造高性能的非織造布，這種雙組分纖維由兩種生物基聚合物組成皮芯結構。皮層采用Braskem公司生產的100%生物基聚乙烯，而芯層則是Nature Works公司的Ingeo聚乳酸纖維。由于采用了生物基PE作為皮層，這種非織造布產品非常柔軟；而Ingeo纖維芯層又使產品結實耐用。Fitesa公司的這種非織造布產品有各種定量范圍，其物理性能可以隨時替換現有的雙組分紡粘非織造布。天絲和聚乳膠纖維只能成為紙尿褲等行業所使用的部分原料，而隨時可替換原有材料的雙組分纖維發展潛力巨大。

● Braskem公司還計劃生產生物聚丙烯，也是從甘蔗中提取乙醇制成的，與傳統聚丙烯具有相同的加工性能和使用性能，最初計劃年產能為3萬t，也可能會增加。

結論

可再生性原材料的發展為生產企業推出可再生的紙尿褲產品提供了可能，這將很大程度上解決廢棄紙尿褲產品的回收問題，未來可再生原料將會得到更大程度的發展。

（鐘穎編譯自INSIGHT2013論文集，王娟整理）